所有的反物質(zhì)都去哪兒了?在大爆炸之后，物質(zhì)和反物質(zhì)應該以等的數(shù)量產(chǎn)生。為什么我們生活在一個只有很少反物質(zhì)的物質(zhì)宇宙中，仍然是一個謎。物質(zhì)的過量可以通過違反電荷奇偶校驗(CP)對稱性來解釋，這本質(zhì)上意味著涉及粒子的某些過程的行為與涉及其反粒子的過程不同。

然而，迄今為止觀察到的違反CP的過程不足以解釋宇宙中的物質(zhì) - 反物質(zhì)不對稱性。CP違反的新來源必須在那里 - 并且可能隱藏在涉及希格斯玻色子的相互作用中。在粒子物理學的標準模型中，希格斯玻色子與其他粒子的相互作用保持了CP對稱性。如果研究人員在這些相互作用中發(fā)現(xiàn)CP違反的跡象，它們可能是宇宙最古老的謎團之一的線索。

在對大型強子對撞機運行2的完整數(shù)據(jù)集進行的新分析中，ATLAS合作測試了希格斯玻色子與弱力載體W和Z玻色子的相互作用，尋找CP違反的跡象。該合作研究了希格斯玻色子衰變成兩個Z玻色子，每個Z玻色子都轉(zhuǎn)化為一對輕子(一個電子和一個正電子或一個μ介子和一個反μ介子)，從而產(chǎn)生四個帶電輕子。研究人員還研究了兩個W或Z玻色子結(jié)合產(chǎn)生希格斯玻色子的相互作用。在這種情況下，一個夸克和一個反夸克與希格斯玻色子一起產(chǎn)生，在ATLAS探測器中產(chǎn)生粒子的“射流”。

這些相互作用是違反 CP 的理想試驗場。當CP對稱性守恒定時，當粒子與其反粒子交換并且它們的飛行方向相反時，檢測到的射流和輕子的行為模式應該是相同的。但是，如果違反CP對稱性，粒子和反粒子的行為會有所不同。

ATLAS科學家將有關(guān)在這些過程中檢測到的粒子的所有信息匯總為一個數(shù)字：最佳可觀察值。這種可觀測物的一個特點是，它測量的反粒子值應該與粒子的值相等，但在符號上相反。如果過程保持 CP 對稱性，則數(shù)據(jù)中最佳可觀測值的平均值應為零。如果沒有，平均值將從零移開。

在現(xiàn)在發(fā)布在arXiv預印本服務(wù)器上的新分析中，ATLAS使用最佳可觀察量的觀測值直接限制可能的CP違規(guī)量。研究人員還測量了在校正任何實驗效應后，數(shù)據(jù)中每個最佳可觀察值發(fā)生的頻率。

這種測量使ATLAS能夠以獨立于模型的方式將數(shù)據(jù)與理論預測進行比較，并測試基本理論假設(shè)的有效性。這是第一次將希格斯玻色子衰變成四個輕子的測量使物理學家能夠以獨立于模型的方式檢測CP違反的潛在跡象，而無需強烈依賴CP對稱性以外的標準模型預測方面。

所有結(jié)果看起來都與標準模型的期望兼容，代表了對當前自然理論的另一個重要證實。然而，這只是第一步。小的CP違規(guī)信號仍然與數(shù)據(jù)兼容，ATLAS已經(jīng)在以前所未有的能量收集新的碰撞數(shù)據(jù)，這將使這些測量的精度得到提高 - 進一步關(guān)注希格斯玻色子的性質(zhì)。